KR101556399B1 - 평면도파로 기반 다채널 마스젠터형 푸리에 변환 스펙트로메타 및 이를 적용한 측정장치 - Google Patents

평면도파로 기반 다채널 마스젠터형 푸리에 변환 스펙트로메타 및 이를 적용한 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평면도파로 기반 다채널 마스젠터형 푸리에 변환 스펙트로메타 및 이를 적용한 측정장치에 관한 것으로서, 스펙트로메타는 광을 입력받는 광입력단을 통해 입사된 광을 적용된 채널수에 대응되게 평면도파로 구조로 형성된 복수개의 메인 분기도파로를 통해 분기시키는 광랜턴부와, 광랜턴부의 메인 분기 도파로와 각각 채널별로 대응되게 접속되며 광을 도파하는 선단 광도파로와 선단광도파로로부터 기준경로길이를 갖는 기준 광도파로와 기준 광도파로에 대해 설정된 경로 증가분을 갖는 증분 광도파로를 구비하여 선단광도파로를 통해 입사된 광을 기준 광도파로와 상기 증분 광도파로로 분기하고, 기준광도파로와 증분 광도파로를 경유한 광을 커플링하여 도파 출력단을 통해 출력할 수 있게 평면도파로 구조로 형성된 평면도파로형 다채널 마흐젠더부와, 다채널 마흐젠더부의 각 출력단을 통해 출력되는 광을 검출하는 디텍터부와, 디텍더부에서 출력되는 신호를 처리하는 신호 처리부를 구비한다. 이러한 평면도파로 기반 다채널 마스젠터형 푸리에 변환 스펙트로메타 및 이를 적용한 측정장치에 의하면, 평면도파로형으로 형성되어 구조가 단순해지고 박형으로 제조가 가능하며, 광삽입손실을 억제할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

평면도파로 기반 다채널 마스젠터형 푸리에 변환 스펙트로메타 및 이를 적용한 측정장치{Mach-zehnder type Fourier transform spectrometer based on planar lightwave circuit and measurement apparatus using the same}
본 발명은 평면도파로 기반 다채널 마스젠터형 푸리에 변환 스펙트로메타 및 이를 적용한 측정장치에 관한 것으로서, 상세하게는 평면 도파로 타입의 광 랜턴(optical lantern)을 적용한 평면도파로 기반 다채널 마스젠터형 푸리에 변환 스펙트로메타 및 이를 적용한 측정장치에 관한 것이다.
최근 광을 이용하여 온도, 스트레인과 같은 물리량을 측정하거나, 단층 영상을 얻는 기술이 개발되어 있다.
국내 등록특허 제10-1247575호에는 광 스펙트로메타 및 이를 이용한 구조물 물리량 고속 측정시스템이 게시되어 있다.
상기 광 스펙트로메타는 광 회절격자(grating) 또는 다중파장 분할장치(AWG:arrayed waveguide grating)를 이용하여 광을 파장별로 분할하여 포토다이오드를 통해 검출할 수 있도록 되어 있다.
그런데, 이러한 광스펙트로메타의 경우 검출된 광에 대해 푸리에 변환이 요구되는 경우 별도의 푸리에 변환을 수행하도록 구축되어야 하는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 입력광에 대해 푸리에 변환된 광신호를 얻을 수 있으면서, 광삽입 손실을 억제할 수 있는 평면도파로 기반 다채널 마스젠터형 푸리에 변환 스펙트로메타 및 이를 적용한 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 평면도파로 기반 다채널 마스젠터형 푸리에 변환 스펙트로메타는 광을 입력받는 광입력단을 통해 입사된 광을 적용된 채널수에 대응되게 평면도파로 구조로 형성된 복수개의 메인 분기도파로를 통해 분기시키는 광랜턴부와; 상기 광랜턴부의 상기 메인 분기 도파로와 각각 채널별로 대응되게 접속되며 광을 도파하는 선단 광도파로와 상기 선단광도파로로부터 기준경로길이를 갖는 기준 광도파로와 상기 기준 광도파로에 대해 설정된 경로 증가분을 갖는 증분 광도파로를 구비하여 상기 선단광도파로를 통해 입사된 광을 상기 기준 광도파로와 상기 증분 광도파로로 분기하고, 상기 기준광도파로와 상기 증분 광도파로를 경유한 광을 커플링하여 도파 출력단을 통해 출력할 수 있게 평면도파로 구조로 형성된 평면도파로형 다채널 마흐젠더부와; 상기 다채널 마흐젠더부의 각 출력단을 통해 출력되는 광을 검출하는 디텍터부와; 상기 디텍더부에서 출력되는 신호를 처리하는 신호 처리부;를 구비한다.
상기 광입력단에는 다중모드 광섬유가 접속되어 있고, 상기 광랜턴부는 상기 다중모드 광섬유를 통해 입사된 광을 상기 메인 분기 도파로들을 통해 단일모드로 전환시켜 전송할 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 디텍더에서 출력되는 신호를 푸리에 변환하여 상기 신호처리부로 출력하는 푸리에 변환부;를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 측정장치는 광을 출사하는 광원부와; 상기 광원부에서 출사된 광을 센싱단으로 출력하고, 상기 센싱단에서 역으로 입사되는 광을 검출단으로 출력하는 광중계부와; 상기 센싱단에 접속되며 상기 센싱단을 통해 전송되는 광과 측정대상체와의 반응에 대응한 검출광을 상기 센싱단을 통해 역으로 전송할 수 있도록 된 센서부와; 상기 광중계부의 검출단을 통해 입력된 광을 처리하는 스펙트로메타;를 구비한다.
상기 센서부는 측정대상체의 두께, 단층 영상, 온도, 스트레인, 흡광도 중 적어도 하나를 검출할 수 있도록 구축될 수 있다.
본 발명에 따른 평면도파로 기반 다채널 마스젠터형 푸리에 변환 스펙트로메타 및 이를 적용한 측정장치에 의하면, 평면도파로형으로 형성되어 구조가 단순해지고 박형으로 제조가 가능하며, 광삽입손실을 억제할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 평면도파로 기반 다채널 마스젠터형 푸리에 변환 스펙트로메타를 개략적으로 나타내 보인 사시도이고,
도 2는 도 1의 스펙트로메타의 일 실시예에 따른 광신호 처리계통에 대한 블록도이고,
도 3은 도 2의 스펙트로메타를 시각적으로 이해될 수 있게 도시한 도면이고,
도 4는 도 1의 스펙트로메타의 또 다른 실시예에 따른 광신호 처리계통에 대한 블록도이고,
도 5는 도 4의 스펙트로메타를 시각적으로 이해될 수 있게 도시한 도면이고,
도 6은 도 1의 스펙트로메타가 적용된 측정장치를 나타내 보인 블럭도이고,
도 7은 도 6의 센서부로서 간섭계 센서가 적용된 경우의 예를 나타내 보인 도면이고,
도 8은 도 6의 센서부로서 파장기반 센서가 적용된 경우의 예를 나타내 보인 도면이고,
도 9는 도 6의 센서부로서 단층정보를 얻을 수 있는 구조가 적용된 예를 나타내 보인 도면이고,
도 10은 도 6의 센서부로서 두께를 측정할 수 있는 구조가 적용된 예를 나타내 보인 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 평면도파로 기반 다채널 마스젠터형 푸리에 변환 스펙트로메타 및 이를 적용한 측정장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 평면도파로 기반 다채널 마스젠터형 푸리에 변환 스펙트로메타를 개략적으로 나타내 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 스펙트로메타의 일 실시예에 따른 광신호 처리계통에 대한 블록도이고, 도 3은 도 2의 스펙트로메타를 시각적으로 이해될 수 있게 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 푸리에 변환 스펙트로메타(100)는 광랜턴부(110), 평면도파로형 다채널 마흐젠더부(120), 디텍터부(130), 신호처리부(140) 및 디스플레이부(150)를 구비한다.
광랜턴부(110)는 광을 입력받는 광입력단(111)을 통해 입사된 광을 평면도파로 구조로 형성된 N개의 메인 분기도파로(114a)(114n)를 통해 분기시켜 출력한다.
광입력단(111)은 광섬유를 접속할 수 있는 어댑터 구조로 형성되어 있다.
광입력단(111)에는 다중모드 광섬유(112)가 접속되어 있고, 다중모드 광섬유(112)를 통해 입사된 광을 메인 분기 도파로(114a)(114n)들을 통해 단일모드로 전환시켜 전송할 수 있도록 형성된다.
광랜턴부(110)의 메인 분기 도파로(114a)(114n)의 개수가 적용되는 채널수에 해당한다. 도면의 복잡성을 피하기 위해 채널의 개수가 N개로 적용될 때 채널에 대응되는 영문 첨자는 a와 n만 표기하고 나머지 채널에 대해서는 생략한다.
광랜턴부(110)는 클래드층(113b) 내에 코어층(113a)이 형성되어 있고, 여기서 코어층(113a)은 광입력단(111)과 접속되는 하나의 공통 도파로(113)로부터 N개의 메인 분기도파로(114a)(114n)로 분기된 구조로 형성되어 있다.
광랜턴부(110)는 아래의 수학식 1의 조건을 이용하여 다중모드 광섬유(112)로부터 광입력단(111)을 통해 입력된 광이 메인 분기 도파로(114a)(114n)를 통해 단일모드가 되어 전송되게 형성된다.
Figure 112014059710270-pat00001
여기서, NA는 공통 도파로(113)와 메인 분기도파로(114a)(114n)의 개구수이고,
Figure 112014059710270-pat00002
의 관계를 갖으며, ncore 는 공통 도파로(113)와 메인 분기도파로(114a)(114n)를 형성하는 코어의 굴절률이고, nclad 는 공통 도파로(113)와 메인 분기도파로(114a)(114n)를 형성하는 클래드의 굴절률이다.
또한, a는 광랜턴부(110)의 메인 분기 도파로(114a)(114n)를 형성하는 코어(113a)의 폭의 1/2이고, λ는 입력된 광의 파장이고, M은 모드수이다.
또한 모드수(M)은
Figure 112014059710270-pat00003
의 관계가 있고,
Figure 112014059710270-pat00004
의 관계가 있다.
따라서, 위 식을 통해 결정된 모드수 (M)에 따라서 도파로의 NA가 결정되어 도파로의 코어와 클래딩의 굴절률 차이를 결정할 수 있고, 이러한 수학식 1을 이용하여 단일모드를 갖게 메인 분기 도파로(114a)9114n)을 형성하는 코어와 클래드(113b) 굴절율의 차이를 결정하면 된다.
바람직하게는 광랜턴부(110)의 광입력단(111)과 대응되는 공통 도파로(113)의 코어의 직경은 50 ㎛ 내지 1000 ㎛가 적용된다.
평면도파로형 다채널 마흐젠더부(120)는 평면 도파로 구조로 형성되어 있고, 광랜턴부(110)의 메인 분기 도파로(114a)(114n)와 각각 채널별로 대응되게 접속되며 광을 도파하는 N개의 선단 광도파로(121a)(121n)와 각 채널별 선단광도파로(121a)(121b)로부터 광을 분기시키는 제1광분기도파부분(123a)(123n)과, 제1광분기도파부분(123a)(123n)에서 기준경로길이를 갖는 기준 광도파로(125a)(125n)와 기준 광도파로(125a)(125n)에 대해 기준경로길이에 설정된 경로 증가분(ΔL)이 더해진 길이를 갖는 증분 광도파로(127a)(127n)를 구비한다.
여기서, 증분 광도파로(127a)(127n)들은 채널별로 증분이 0에서부터 경로 증가분(ΔL)의 배수가 되는 값을 적용하되 채널별로 경로 증가분이 자연수의 순서대로 적용하여 점진적으로 증가하도록 되어 있다.
또한, 평면도파로형 다채널 마흐젠더부(120)는 채널별 선단광도파로(121a)(121n)를 통해 입사된 광을 제1광분기도파부분(123a)(123n)에서 기준광도파로(125a)와 증분 광도파로(127a)(127n)로 분기하고, 기준광도파로(125a)(125n)와 증분 광도파로(127a)(127n)를 경유한 광을 채널별로 마련된 제1커플링부분(128a)(128n)에서 커플링하여 도파 출력단(129a)(129n)을 통해 출력할 수 있게 평면도파로 구조로 형성되어 있다.
도시된 예에서 제1커플링부분(128a)(128n)에서 커플링된 광이 채널별로 마련된 두 개의 도파 출력단(129a)(129n)을 통해 각각 출력되는 구조가 적용되었고, 도시된 예와 다르게 채널별로 하나의 도파 출력단을 통해 출력되게 형성되어도 된다.
이러한 평면도파로형 다채널 마흐젠더부(120)는 광입력단(112)을 통해 입력된 광을 푸리에 변환하여 채널별로 출력하는 기능을 한다.
디텍터부(130)는 다채널 마흐젠더부(120)의 각 도파 출력단(129a)(129n)을 통해 출력되는 광을 채널별로 검출하고, 채널별로 검출된 광에 대응되는 전기적 신호를 출력한다.
디텍터부(130)는 다채널 마흐젠더부(120)의 각 도파 출력단(129a)(129n)에 접속된 다수개의 포토다이오드(131) 및 포토 다이오드(131)에서 출력되는 신호를 채널별로 검출하여 인터페이스부(135)를 통해 출력하는 중계보드(132)를 갖는 구조로 되어 있다.
여기서, 인터페이스부(135)는 도 3 및 도 5에 예시된 바와 같이 USB단자를 접속할 수 있는 USB포트가 적용될 수 있고, 도시된 예와 다른 데이터 전송 접속구조가 적용될 수 있음은 물론이다.
신호 처리부(140)는 디텍더부(130)에서 출력되는 신호를 설정된 표시방식에 대응되게 처리하여 디스플레이부(150)를 통해 표시되게 처리한다.
도 3에 도시된 경우에는 신호 처리부(140)가 광입력단(111)을 통해 입력된 광에 대해 다채널 마흐젠더부(120)에 의해 푸리에 변환된 스펙트럼 신호가 디스플레이부(150)에 표시되게 처리하는 예를 보여준다.
이와는 다르게 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 디텍더부(130)와 신호처리부(140) 사이에 디텍터부(130)에서 출력되는 신호를 한번 더 푸리에 변환하여 신호처리부(140)로 출력하는 푸리에 변환부(Fast Fourier Transform (FFT)(135)를 더 구비할 수 있다.
이 경우 신호 처리부(140)는 파장에 따른 광세기 정보를 제공받게 되고, 도 5에 도시된 바와 같이 신호 처리부(140)는 파장기반의 광세기 정보를 처리하여 디스플레이부(150)에 표시되게 구축될 수 있다.
한편, 이러한 스펙트로메타는 도 6에 도시된 바와 같이 광을 이용한 다양한 측정장치에 적용될 수 있다.
즉, 측정장치는 광을 출사하는 광원부(210)와, 광원부(210)에서 출사된 광을 센싱단(222)으로 출력하고, 센싱단(222)에서 역으로 입사되는 광을 검출단(224)으로 출력하는 광중계부(220)와, 센싱단(222)에 광섬유를 통해 접속되며 센싱단(222)을 통해 전송되는 광과 측정대상체와의 반응에 대응한 검출광을 센싱단(222)을 통해 역으로 전송할 수 있도록 된 센서부(300) 및 광중계부(220)의 검출단(224)을 통해 입력된 광을 처리하는 스펙트로메타(100)를 갖는 구조로 구축하면 된다.
여기서 스펙트로메타(100)는 앞서 도 2를 통해 설명된 구조 또는 도 4를 통해 설명된 구조가 적용될 수 있다.
광중계부(220)는 광커플러 또는 광서큘레이터가 적용되면 된다.
여기서, 센서부(300)는 측정대상체의 두께, 단층 영상, 온도, 스트레인, 흡광도 중 적어도 하나를 검출할 수 있도록 구축될 수 있다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이 측정장치는 광원부(Optical source)(210), 광커플러 또는 광서큘레이터가 적용되는 광중계부(220)와, 센서부(300)로서 간섭계 센서(Interferometer based Sensor)(300a)가 적용된 구조로 구축될 수 있다.
여기서, 간섭계 기반의 센서부(300a)는 마이켈슨 간섭계, 마흐젠더 간섭계, 페브리-페로 간섭계 등 으로 간섭스펙트럼을 푸리에 변환하여 푸리에 피크의 움직임에 따라 센싱을 하는 구조를 적용하면 된다.
또 다르게는 도 8에 도시된 바와 같이 센서부로서 측정대상체로부터 반응광의 파장이 변하는 파장 기반 센서(Wavelength based sensor)(300b) 예를 들면, 광섬유격자가 상호 이격되게 형성된 광섬유 격자센서가 적용될 수 있다. 도 8의 경우에는 디텍터부(130) 후단에 푸리에 변환부(135)가 구비되어 파장기반 스펙트럼을 제공할 수 있도록 구축된다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이 공지된 OCT 구조의 센서부(300c)가 적용되어 광단층영상 이미지를 생성할 수 있도록 구축될 수 있고 이 경우 신호 처리부는 스펙트로메터(100)에서 수신된 깊이 정보를 획득하여 2차원 또는 3차원 단층영상 이미지 정보를 생성하도록 신호를 처리하도록 구축되면 된다.
광원부는 광대역(wide band) 광원(210a)이 적용된다.
참고로 도 9에서 참조부호 331은 광커플러가 적용된 광중계부(220)로부터 제1분기 광섬유(337) 및 편광조절기(333)를 통해 전송된 광을 반사시켜 기준광을 제공하는 기분미러이고, 참조부호 340은 제2분기 광섬유(338)를 통해 진행된 광을 스캐닝하여 스캔렌즈(345)를 통해 조사하고, 측정대상체로부터 반사된 광을 다시 역으로 전송하는 스캔미러이다.
이러한 OCT 구조 및 신호처리 방식은 공지되어 있어 상세한 설명은 생략한다.
도 9의 측정장치의 경우 종래의 CCD기반의 광단층영상시스템이 벌크한 렌즈와 광학계로 구성되어 있고, CCD에서 나오는 간섭신호를 컴퓨터에서 푸리에 변환을 한번 더 거쳐서 깊이정보를 획득했지만, 본 측정장치에서는 푸리에 변환 스펙트로메타(100)를 사용함으로써 컴퓨터에서 하는 연산을 줄이고, 시스템의 크기도 아주 작게 줄일 수 있는 장점을 가진다.
마찬가지로 도 10에 도시된 바와 같이 광중계부로서 광대역 스플리터(220a)를 적용하고, 콜리메이터(351) 및 대물렌즈(360)를 통해 측정대상체 예를 들면 반도체 웨이퍼에 광을 조사하고 반사된 광과 기준미러(331)에서 반사된 광을 스펙트로메타(100)에 전송하여 측정대상체의 깊이정보를 이용하여 두께를 측정할 수 있도록 센서부(300d)를 구축할 수 있다.
이러한 스펙트로메터(100) 및 측정장치는 광입력단(111)으로 적용된 다중모드 광섬유(112)로 입사된 광은 광랜턴부(120)를 통해 진행되면서 N개의 채널로 단일모드로 동작하면서 각각의 마흐젠더 간섭계의 대응되는 채널로 들어가게 된다. 이 과정에서 동일한 평면도파로구조로 형성된 광랜턴부(120)와 다채널 마흐젠더부(120)에 의해 광손실이 억제된다.
다채널 마흐젠더부(120)의 대응되는 채널로 입사된 광은 각 채널의 간섭계의 경로차이에 의해서 공간적으로 진동하는 출력을 2N개의 출력포트를 통해 출력하고, 포토다이오드는 입사된 광의 파워에 대응되는 전기적 신호를 출력한다. 각 포토다이오드에서 출력되는 신호는 광입력단(112)을 통해 입력된 광에 대한 푸리에 변환 된 스펙트로메타 신호가 된다.
여기서, 스펙트로메타의 분해능은
Figure 112014059710270-pat00005
로 결정된다.
여기에서 N은 적용되는 채널수 즉, 간섭계의 수이고, c는 빛의 속도, nc 는 코어의 굴절률, ΔL은 마흐젠더 간섭계의 경로차이이다.
마흐젠더 간섭계의 수 즉, 채널수가 분해능을 좌우하기 때문에 적용되는 측정장치에 대응되게 적절한 채널수를 적용하면 된다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 스펙트로메타(110)는 크기를 신용카드 정도로 소형화 및 박막화 할 수 있고, 이를 적용한 측정기기의 경우 전체 크기를 소형화 할 수 있는 장점을 제공한다.
100: 스펙트로메타 110: 광랜턴부
120: 평면도파로형 다채널 마흐젠더부
130: 디텍터부 135: 푸리에 변환부
140: 신호처리부 150: 디스플레이부

Claims (7)

  1. 광을 입력받는 광입력단을 통해 입사된 광을 적용된 채널수에 대응되게 평면도파로 구조로 형성된 복수개의 메인 분기도파로를 통해 분기시키는 광랜턴부와;
    상기 광랜턴부의 상기 메인 분기 도파로와 각각 채널별로 대응되게 접속되며 광을 도파하는 선단 광도파로와 상기 선단광도파로로부터 기준경로길이를 갖는 기준 광도파로와 상기 기준 광도파로에 대해 설정된 경로 증가분을 갖는 증분 광도파로를 구비하여 상기 선단광도파로를 통해 입사된 광을 상기 기준 광도파로와 상기 증분 광도파로로 분기하고, 상기 기준광도파로와 상기 증분 광도파로를 경유한 광을 커플링하여 도파 출력단을 통해 출력할 수 있게 평면도파로 구조로 형성된 평면도파로형 다채널 마흐젠더부와;
    상기 다채널 마흐젠더부의 각 출력단을 통해 출력되는 광을 검출하는 디텍터부와;
    상기 디텍터부에서 출력되는 신호를 처리하는 신호 처리부;를 구비하고,
    상기 광입력단에는 다중모드 광섬유가 접속되어 있고,
    상기 광랜턴부는 상기 다중모드 광섬유를 통해 입사된 광을 상기 메인 분기 도파로들을 통해 단일모드로 전환시켜 전송할 수 있도록 되어 있으며,
    상기 광랜턴부는
    Figure 112015052548554-pat00018
    에 의해 상기 메인 분기 도파로를 형성하는 코어와 굴절율의 차이를 결정하고,
    상기 NA는 상기 메인 분기도파로의 개구수이고,
    Figure 112015052548554-pat00019
    의 관계를 갖으며, ncore 는 메인 분기도파로를 형성하는 코어의 굴절률이고, nclad는 메인 분기도파로를 형성하는 클래드의 굴절률이며, a는 상기 광랜턴부의 상기 메인 분기도파로를 형성하는 코어의 폭의 1/2이고, 상기 λ는 입력된 광의 파장이고, M은 모드수인 것을 특징으로 하는 평면도파로기반 다채널 마스젠터형 푸리에 변환 스펙트로메타.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디텍터부에서 출력되는 신호를 푸리에 변환하여 상기 신호처리부로 출력하는 푸리에 변환부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 평면도파로기반 다채널 마스젠터형 푸리에 변환 스펙트로메타.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 광랜턴부의 상기 광입력단과 대응되는 상기 광랜턴부의 코어의 직경은 50 ㎛내지 1000 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 평면도파로기반 다채널 마스젠터형 푸리에 변환 스펙트로메타.
  6. 광을 출사하는 광원부와;
    상기 광원부에서 출사된 광을 센싱단으로 출력하고, 상기 센싱단에서 역으로 입사되는 광을 검출단으로 출력하는 광중계부와;
    상기 센싱단에 접속되며 상기 센싱단을 통해 전송되는 광과 측정대상체와의 반응에 대응한 검출광을 상기 센싱단을 통해 역으로 전송할 수 있도록 된 센서부와;
    상기 광중계부의 검출단을 통해 입력된 광을 처리하는 스펙트로메타;를 구비하고,
    상기 스펙트로메타는
    상기 검출단과 접속되어 광을 입력받는 광입력단을 통해 입사된 광을 적용되는 채널수에 대응되게 평면도파로 구조로 형성된 복수개의 메인 분기 도파로를 통해 분기시키는 광랜턴부와;
    상기 광랜턴부의 상기 메인 분기 도파로와 각각 접속되며 광을 도파하는 선단 광도파로와 상기 선단광도파로로부터 기준경로길이를 갖는 기준 광도파로와 상기 기준 광도파로에 대해 설정된 경로 증가분을 갖는 증분 광도파로를 구비하여 상기 선단광도파로를 통해 입사된 광을 상기 기준광도파로와 상기 증분 광도파로로 분기하고, 상기 기준광도파로와 상기 증분 광도파로를 경유한 광을 커플링하여 도파 출력단을 통해 출력할 수 있게 평면도파로 구조로 형성된 평면도파로형 다채널 마흐젠더부와;
    상기 다채널 마흐젠더부의 각 출력단을 통해 출력되는 광을 검출하는 디텍터부와;
    상기 디텍터부에서 출력되는 신호를 처리하는 신호 처리부;를 구비하고,
    상기 광입력단에는 다중모드 광섬유가 접속되어 있고,
    상기 광랜턴부는 상기 다중모드 광섬유를 통해 입사된 광을 상기 메인 분기 도파로들을 통해 단일모드로 전환시켜 전송할 수 있도록 되어 있으며,
    상기 광랜턴부는
    Figure 112015052548554-pat00020
    에 의해 상기 메인 분기 도파로를 형성하는 코어와 굴절율의 차이를 결정하고,
    상기 NA는 상기 메인 분기도파로의 개구수이고,
    Figure 112015052548554-pat00021
    의 관계를 갖으며, ncore 는 메인 분기도파로를 형성하는 코어의 굴절률이고, nclad는 메인 분기도파로를 형성하는 클래드의 굴절률이며, a는 상기 광랜턴부의 상기 메인 분기도파로를 형성하는 코어의 폭의 1/2이고, 상기 λ는 입력된 광의 파장이고, M은 모드수인 것을 특징으로 하는 측정장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 센서부는 측정대상체의 두께, 단층 영상, 온도, 스트레인, 흡광도 중 적어도 하나를 검출할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 측정장치.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105547497A (zh) * 2016-02-02 2016-05-04 浙江大学 一种两级波长解析器
US10241042B2 (en) 2016-07-21 2019-03-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Wearable device and charger, and method for estimating absorbance of wearable device
US10648860B2 (en) 2017-11-01 2020-05-12 Electronics And Telecommunications Research Institute Spectroscopic device
CN114838824A (zh) * 2022-04-27 2022-08-02 浙江工业大学 一种大带宽和高分辨率的微型芯片光谱仪

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012013527A (ja) * 2010-06-30 2012-01-19 Keio Gijuku 分光光度計

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012013527A (ja) * 2010-06-30 2012-01-19 Keio Gijuku 分光光度計

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105547497A (zh) * 2016-02-02 2016-05-04 浙江大学 一种两级波长解析器
US10241042B2 (en) 2016-07-21 2019-03-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Wearable device and charger, and method for estimating absorbance of wearable device
US10488336B2 (en) 2016-07-21 2019-11-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Wearable device and charger, and method for estimating absorbance of wearable device
US10648860B2 (en) 2017-11-01 2020-05-12 Electronics And Telecommunications Research Institute Spectroscopic device
CN114838824A (zh) * 2022-04-27 2022-08-02 浙江工业大学 一种大带宽和高分辨率的微型芯片光谱仪

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